《交通運輸科學技術(shù)新成果推廣目錄》（２０２０）—第三部分隧道《?復(fù)雜環(huán)境深層可溶性石膏巖地層地鐵車站建造關(guān)鍵技術(shù)》?

本期項目簡介

完成單位: 中國水利水電第七工程局有限公司

主要完成人: 任躍勤、 祝全兵、 吳建軍、謝強、 黃鈔、 李霄、 楊軍、 吳宗林、 楊春燦、 周春永、 宋立平、 聶華、 李翔、 楊泳森、 魏國武

項目簡介

　　(一)項目背景

　　成都軌道交通18號線火車南站工程是18號線的始發(fā)車站,也是重要的控制性工程。車站場地周邊環(huán)境復(fù)雜,有人民南路立交橋、近接高層建筑、深埋地源熱系統(tǒng),地鐵車站施工變形控制要求高。地鐵車站開挖深度為17m左右,支護形式為鋼筋混凝土內(nèi)支撐,車站底板及圍護樁以中等風化泥巖為持力層。施工期間南站車站和近接高層建筑出現(xiàn)異常差異沉降,車站圍護樁沉降左側(cè)達90mm,右側(cè)8mm,車站主體結(jié)構(gòu)底板左側(cè)沉降50mm,右側(cè)沉降7mm,左側(cè)近接建筑最大沉降達100mm,右側(cè)人民南路沉降5mm,車站左右側(cè)差異沉降顯著,且有悖常理,經(jīng)補充勘察仍未查明原因。

　　(二)技術(shù)概況

　　本課題著眼于解決地鐵車站和近接建筑異常差異沉降問題,以成都軌道交通18號線地鐵車站為依托,基于鉆孔電視、鉆孔CT、鉆孔彈模、壓水試驗等現(xiàn)場試驗,以及單軸壓縮、三軸壓縮、X衍射、掃描電鏡等室內(nèi)試驗,結(jié)合沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)分析、數(shù)值模擬分析、深層沉降監(jiān)測,分析了鄰近復(fù)雜環(huán)境條件下巖土體在應(yīng)力場、溫度場、化學場,流固耦合作用下的工程特性,揭示下臥可溶巖場地地鐵車站及近接建筑物沉降成因機理;最后通過深層注漿試驗分析、施工精細化控制成功抑制了地鐵車站和近接建筑的沉降,基于簡化的單裂隙漿液擴散規(guī)律研究,研發(fā)了注漿抬升精細化控制技術(shù),使得地鐵車站注漿抬升控制達到設(shè)計要求的15mm以內(nèi)。通過本課題的研究最終形成了下臥可溶巖地層地鐵車站和近接建筑異常差異沉降控制成套關(guān)鍵技術(shù)。

　　(三)適用范圍

　　本課題成果可為城市軌道交通及市政工程在建設(shè)和使用過程中發(fā)生異常沉降后的原因分析、監(jiān)測技術(shù)、精細化抬升控制提供重要的參考依據(jù),其提出基于實際的監(jiān)測指標選取原則,建立可溶巖場地沉降分析評價方法,成功運用于沉降預(yù)測,并形成了一套比較成熟沉降預(yù)測方法,極大地提高了施工效率,降低了由于沉降數(shù)據(jù)分析不足,增加不必要的防護措施,干擾施工造成的工期損失,保證建設(shè)周期;同時,形成的深層注漿加固技術(shù)、精細化抬升技術(shù)還能夠為既有建筑精細化抬升控制方案提供參考。

　　(四)獲獎情況

　　(1)獲得2019年度中國電建集團鐵路建設(shè)有限公司科學技術(shù)進步一等獎

　　(2)獲得2020年度中國施工企業(yè)管理協(xié)會工程建設(shè)科學技術(shù)進步獎二等獎

項目創(chuàng)新點

　　為解決地鐵車站和近接建筑異常差異沉降問題,以成都軌道交通18號線地鐵車站為依托,從研究試點到大范圍的推廣運用,通過研究、總結(jié),形成了系列創(chuàng)新性的研究成果,主要創(chuàng)新點如下:

　　(1)揭示了下臥可溶巖地層城市軌道勘察評價方法的不足,建立一套下臥可溶巖地層城市軌道交通建設(shè)勘察評價及事故處置新方法;提出基于實際的監(jiān)測指標選取原則,建立可溶巖場地沉降分析評價方法,實現(xiàn)了最終沉降預(yù)測。

　　(2)建立可溶巖地基中的樁埋管式地源熱泵(能量樁)多樁工作數(shù)值仿真模型,分析地質(zhì)條件、地下水動力條件、熱-力學特性對樁體位移、樁側(cè)阻力和深層地基沉降的影響,填補了地熱系統(tǒng)對可溶巖影響的空白。

　　(3)揭示可溶巖地基在應(yīng)力、裂隙滲流、化學腐蝕以及能量樁傳熱效應(yīng)作用下的多場耦合損傷內(nèi)在機理。

　　(4)通過分析注漿抬升的機制,采用一種模擬注漿抬升的數(shù)值方法,給出了土體體積應(yīng)變的計算方法,提出了施加“虛擬冶膨脹壓力來增加單元體積,并通過判斷單元體積應(yīng)變增量是否達到土體體積應(yīng)變增量,以控制模擬注漿的過程。形成一套孔口封閉孔內(nèi)循環(huán)深層注漿、精細化控制抬升關(guān)鍵技術(shù)。

應(yīng)用案例

　　(1)該課題與成都軌道交通18號線火車南站工程建設(shè)同步進行的科技攻關(guān),取得了一批實用性強、技術(shù)含量高、有創(chuàng)新意義的配套成果,并及時指導(dǎo)現(xiàn)場施工,從而使創(chuàng)新成果在成都軌道交通18號線火車南站的施工管理中得到了及時、充分的應(yīng)用。成果在本工程的轉(zhuǎn)化率高達80%以上。對成都軌道交通18號線火車南站高速度、高標準、高質(zhì)量的建成,發(fā)揮了重要的保障作用。

　　(2)提出基于實際的監(jiān)測指標選取原則,建立可溶巖場地沉降分析評價方法成功運用于凱德天府沉降預(yù)測,并形成了一套比較成熟沉降預(yù)測方法,極大地提高了施工效率,降低了由于沉降數(shù)據(jù)分析不足而增加不必要的防護措施、干擾施工造成的工期損失,降低幅度達到75%,保證了建設(shè)周期,取得了良好的經(jīng)濟效益;同時,深層注漿加固技術(shù)、精細化抬升技術(shù)還能夠為既有建筑精細化抬升控制方案提供參考,技術(shù)效益明顯。

　　(3)形成的科研成果已成功應(yīng)用于鄰近富森美家居城異常沉降處置,并取得良好效果。

　　(4)成功申報了成都市科學技術(shù)廳課題“城市軌道交通及相關(guān)產(chǎn)品檢驗檢測及應(yīng)用示范冶,形成的系列專題成果為國標“石膏中SO42-溶出速率、溶出量的測定方法冶的編制提供重要支撐

社會效益與經(jīng)濟效益

　　(1)通過本課題研究,迅速查明了成都火車南站及近接建筑異常沉降的原因,對火車南站下臥可溶巖地層進行注漿加固,迅速抑制火車南站的沉降,使車站前期過大的沉降得以抬升在設(shè)計控制范圍內(nèi),在確保安全的前提下,優(yōu)化了資源配置和施工工藝,提高了施工效率,較傳統(tǒng)的施工方法縮短了節(jié)省工期6個月,節(jié)省造價近千萬元,取得了較好的經(jīng)濟效益,可為今后類似工程施工提供經(jīng)驗,具有顯著的社會效益。

　　(2)課題圍繞“安全、環(huán)保、智能軌道交通冶,通過城市軌道交通建設(shè)中面臨的異常沉降問題,從勘察、設(shè)計、施工、檢測、監(jiān)測、災(zāi)害評價和控制治理等方面,揭示軌道交通建設(shè)中規(guī)范、標準等不足,立足于提升城市軌道交通工程建設(shè)質(zhì)量控制和保障體系建設(shè),將有助于城市軌道交通領(lǐng)域發(fā)展全鏈條質(zhì)量提升,在智能化和新興技術(shù)應(yīng)用取得顯著效果,滿足我國城市軌道交通產(chǎn)業(yè)項目實施中日益提升的安全、綠色環(huán)保、智能化的要求,得到政府、企業(yè)、民間組織和人民的認同。